JP6918521B2 - 電気モジュールおよび電気モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
なお、本発明を適用した電気モジュールは、色素増感太陽電池に限定されず、封止材を介在させて所定の二枚の電極同士を貼り合わせ、貼り合わせた電極の外方から何らかの方法で力を加える、または押圧することによって絶縁処理が施されるものであればよく、色素増感太陽電池以外の電気モジュールを全て含んでいる。また、本発明に係る電気モジュールは、RtoR方式を用いて製造されるもの、すなわち基材を所定の方向に搬送しつつ、連続的に製造されるものに限定されず、予め切り分けられた基材毎にセル構造が形成されるものも含んでいる。
[電気モジュールの構成]
図1及び図2に示すように、本発明を適用した第一実施形態の色素増感太陽電池(電気モジュール)20Aは、第一電極21と、第一電極21と間隔をあけて対向する第二電極22と、第一電極21と第二電極22との間に設けられた封止材9と、電解液(電解質)15と、を備えている。
図3に示すように、シール部25は、例えば超音波融着のように第一電極21および第二電極22の外方から例えば超音波融着などの方法を用いて厚み方向に力を加える、または押圧することによって、第一基材1および第二基材6が直接圧着し、電気的に絶縁された部分である。なお、図示していないが、第一基材1と第二基材6との間に、僅かに第一導電膜3、第二導電膜8、半導体層10、電解液(電解質)15および触媒層16が介在している場合があるが、これらはシール部25において分断され、シール部25に隣接する空間S同士を接続するものではない。
電解液15としては、例えば、アセトニトリル、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム又はヨウ化ブチルメチルイミダゾリウムなどのイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウムなどの支持電解質とヨウ素とが混合された溶液(具体的には、プロピオニトリルなどの非水系溶剤)などが挙げられる。
第一電極21の第一導電膜3と封止材9との剥離強度および第二電極22の触媒層16と封止材9との剥離強度は、少なくとも0.05kgf/10mm以上1kgf/10mm以下とされており、0.1kg/10mm以上1kgf/10mm以下であることが好ましく、0.2kg/10mm以上1kgf/10mm以下であることがより好ましい。第一電極21の第一導電膜3と封止材9との剥離強度および第二電極22の触媒層16と封止材9との剥離強度が0.05kgf/10mm以上であることにより、超音波融着を行う場合でも、融着される部分近傍における封止材の破壊または剥離を防止することができる。また、第一電極21の第一導電膜3と封止材9との剥離強度および第二電極22の触媒層16と封止材9との剥離強度が0.05kgf/10mmより大きくなると、封止材の硬度が上昇し、フレキシブル性が損なわれる虞、または色素増感太陽電池20Aの屈曲時に第一導電膜3等にダメージが入る虞がある。
本発明を適用した電気モジュールの製造方法は、図4に例示する製造装置30等を用いて所定の方向P1に沿って連続的に搬送される第一電極21と所定の方向P3に沿って連続的に搬送される第二電極22とを貼り合わせることにより製造可能な色素増感太陽電池20Aの製造方法である。
以下、上述の各工程について、図4を参照し、説明する。
超音波付与部71は、台座72に対して近接離間可能に配置されている。また、超音波付与部71の先端部71aの凹凸と、台座72の先端部72aの凹凸とはほぼ同じ形状になっており、互いに噛み合わせられるようになっている。
次いで、本発明を適用した第二実施形態の色素増感太陽電池(電気モジュール)20Bについて、図8および図9を参照し、説明する。なお、図8および図9に示す第二実施形態の色素増感太陽電池20Bの構成要素において、上述した第一実施形態の色素増感太陽電池20Aの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
色素増感太陽電池20Bは、色素増感太陽電池20Aと同様の構成要素を備えている。
ただし、色素増感太陽電池20Bにおいては、触媒層16は、シール部25に設けられておらず、封止材9の位置にも設けられていない。すなわち、図9に示すように、触媒層16は、封止材9およびシール部25によって囲まれた複数のセルC,…,Cと同じ位置に設けられている。
なお、第一電極21と封止材9との剥離強度および第二電極22と封止材9との剥離強度を0.05kgf/10mm以上とすることをふまえ、封止材9を構成する素材は、封止材9に密着する第一導電膜3および第二導電膜8のそれぞれの材質に合わせて適当に決められていることが好ましい。
図8および図9に示す色素増感太陽電池20Bの製造方法は、第二基材6を所定の方向に沿って連続的に搬送しながら、第二基材6において所定の方向P1に沿って第一電極21に対向する面6aの全体ではなく、シール部25を形成する領域を除く電解質配置領域R1に触媒層16を形成すること以外は、色素増感太陽電池20Bの製造方法と同様である。
次に示す材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aの製造方法を用いて色素増感太陽電池20Aを製造した。
*第一基材および第二基材…PET
*第一導電膜および第二導電膜…ITO
*半導体層…酸化チタンからなる多孔質層
*触媒層…プラチナ
*電解液…プロピオニトリルなどの非水系溶剤
*封止材…ホットメルト樹脂B(型番:PPET2109、製造元:東亞合成株式会社)
実施例1では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度および触媒層と封止材との剥離強度を0.05kgf(/10mm)とした。
実施例1および以下の各例において、剥離強度については、T型剥離強度試験方法に基づき、T字型のピール試験機、電動スタンド(型番:MX2−500N−L、製造販売元:株式会社イマダ)、デジタルフォースゲージ(型番:ZTS−100N、製造販売元:株式会社イマダ)を用いて確認した。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す材質に変更する以外は実施例1と同様の材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*触媒層…PEDOT
*封止材…ホットメルト樹脂C(型番:HMP−3、製造元:東亞合成株式会社)
実施例2では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.08kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.05kgf(/10mm)とした。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す材質に変更する以外は実施例1と同様の材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*封止材…紫外線硬化樹脂(製造元:株式会社コバヤシ)
実施例3では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.08kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.08kgf(/10mm)とした。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す材質に変更する以外は実施例1と同様の材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*触媒層…PEDOT
*封止材…紫外線硬化樹脂(製造元:株式会社コバヤシ)
実施例4では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.08kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.05kgf(/10mm)とした。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す材質を用いて、第二実施形態の色素増感太陽電池20Bを製造した。ただし、触媒層は第二電極におけるシール部以外全体に形成した。
*第一基材および第二基材…PET
*第一導電膜および第二導電膜…ITO
*半導体層…酸化チタンからなる多孔質層
*触媒層…プラチナ
*電解液…プロピオニトリルなどの非水系溶剤
*封止材…ホットメルト樹脂B(型番:PPET2109、製造元:東亞合成株式会社)
実施例5では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.05kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.05kgf(/10mm)とした。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
実施例5と同様の材質を用いて、触媒層は封止材の位置に形成しないこと以外は実施例5と同様の条件で、第二実施形態の色素増感太陽電池20Bを製造した。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
実施例1と同様の材質を用い、封止材の幅を0.3mmとすること以外は実施例1と同様の条件で、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す封止材と、該封止材以外は実施例1と同様の材質を用い、実施例1と同様の条件で、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*封止材…エポキシ接着材(型番:EP001K、製造元:セメダイン株式会社)
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す封止材と、該封止材以外は実施例2と同様の材質を用い、実施例2と同様の条件で、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*封止材…エポキシ接着材(型番:EP001K、製造元:セメダイン株式会社)
超音波融着を行って製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離や電解液の液漏れは見られなかった。
次に示す材質に変更する以外は実施例1と同様の材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*封止材…ホットメルト樹脂A(製品名:ハイミラン、製造元:三井デュポンポリケミカル株式会社)
比較例1では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.03kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.03kgf(/10mm)とした。
製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離および電解液の液漏れが見られた。
次に示す材質に変更する以外は比較例1と同様の材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*触媒層…PEDOT
比較例2では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.03kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.02kgf(/10mm)とした。
製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離および電解液の液漏れが見られた。
次に示す材質に変更する以外は実施例1と同様の材質を用いて、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*触媒層…PEDOT
*封止材…ホットメルト樹脂B(型番:PPET2109、製造元:東亞合成株式会社)
比較例3では、封止材の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を0.05kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を0.03kgf(/10mm)とした。
製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離および電解液の液漏れが見られた。
実施例1と同様の材質を用い、封止材の幅を0.2mmとすること以外は実施例1と同様の条件で、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の剥離および電解液の液漏れが見られた。
次に示す材質に変更する以外は比較例1と同様の材質を用いて、触媒層と封止材との間に瞬間接着剤(製品名:Scotch-Weld、製造元:3M)を設け、第一実施形態の色素増感太陽電池20Aを製造した。
*触媒層…PEDOT
比較例5では、封止材および瞬間接着剤の幅を1mmとすると共に封止材の厚みを40μmとし、第一導電膜と封止材との剥離強度を1.1kgf(/10mm)とし、触媒層と封止材との剥離強度を1.1kgf(/10mm)とした。
製造した色素増感太陽電池20Aを観察したところ、封止材の破壊が見られ、第一導電膜および第二導電膜の形成位置において抵抗値の上昇が確認された。
Claims (5)
- 第一電極と、
前記第一電極と間隔をあけて対向する第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた電解質と、を備え、
前記第一電極は、第一基材と、前記第一基材における前記第二電極側の面に設けられた第一導電膜と、前記第一導電膜における前記第二電極側の面の半導体層配置領域に設けられた半導体層と、を有し、
前記第二電極は、第二基材と、前記第二基材における前記第一電極側の面に設けられた第二導電膜と、前記第二導電膜における前記第一電極側の面の少なくとも一部に設けられた触媒層と、を有し、
前記電解質は前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた封止材および前記第一基材と前記第二基材とが貼り合わされたシール部によって封止され、
前記封止材の幅が0.3mm以上7mm以下であり、
前記第一電極と前記封止材との剥離強度および前記第二電極と前記封止材との剥離強度が0.05kgf/10mm以上1kgf/10mm以下であることを特徴とする電気モジュール。 - 前記触媒層は前記第二導電膜における前記第一電極側の面全体に設けられている請求項1に記載の電気モジュール。
- 前記触媒層は前記シール部に設けられていない請求項1に記載の電気モジュール。
- 前記触媒層は前記封止材の位置に設けられていない請求項1または請求項3に記載の電気モジュール。
- 請求項1から請求項4の何れか一項に記載の電気モジュールを製造する電気モジュールの製造方法であって、
前記第一電極と間隔をあけて前記第二電極を対向させ、
前記第一電極の前記第一導電膜における前記第二電極側の面の電解質配置領域に前記電解質を設ける工程と、
前記第一電極の前記第一導電膜における前記第二電極側の面の前記電解質配置領域とは異なる領域に、幅が0.3mm以上7mm以下の封止材を設ける工程と、
前記第一電極と前記封止材とを貼り合わせるとともに前記第二電極と前記封止材とを貼り合わせ、前記第一電極と前記封止材との剥離強度および前記第二電極と前記封止材との剥離強度を0.05kgf/10mm以上1kgf/10mm以下とする工程と、
所定の位置で前記第一基材と前記第二基材とを貼り合わせて前記シール部を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする電気モジュールの製造方法。
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